窄安全密度窗口条件下钻井设计技术探讨

在深部地层及深水钻井过程中,钻遇窄安全密度窗口(即地层破裂压力与孔隙压力相关不大)的情况越来越普遍,导致井底压力控制难度加大,井底压力稍高就发生井漏,井底压力稍低就发生井涌。在窄安全密度窗口环境中,常规钻井设计由于采用各种设计系数经验值会引起钻井液密度设计不准确、套管下深设计不合理等问题。为此,在安全钻井井底压力分析的基础上,提出了用设计系数计算值代替经验值进行钻井设计的思路,并给出了考虑温度、压力影响的钻井液密度设计方法,有效提高了设计的准确性,有利于保证窄安全密度窗口环境中井下作业的安全。

窄安全密度窗口地层钻井起下钻井底压力瞬态波动规律

窄安全密度窗口地层压力敏感,钻井起下钻作业引起井底压力波动,易诱发溢流、井漏等井下复杂。文章以一维瞬态流动模型,考虑井筒液-固两相介质,建立了起下钻井底压力瞬态波动理论模型,并通过数值模拟研究了影响钻井起下钻井底压力瞬态波动的主要因素。研究表明,起下钻速度、井深、钻井液密度、起下钻深度是影响井底压力波动的主要因素。起下钻速度、钻井液密度越大,井深越深,起下钻深度越深,起下钻作业引起的井底压力波动越剧烈,压力波峰值滞后越严重。起下钻作业时,尤其在起钻的早期和下钻后期,应尽量降低起下钻速度,以降低井底压力波动,保障井底压力处在安全密度窗口之内。

提高窄安全密度窗口地层固井质量的力学机制研究

窄安全密度窗口地层固井压稳和防漏矛盾突出,固井质量不高一直是困扰该类地层的难题之一。从固井施工过程力学分析出发,研究了固井防窜、防漏的力学机理,并在此基础上提出了一套压稳、防漏的环空压力控制方案。介绍了缅甸某窄安全密度窗口地层固井失败案例,指出了该井固井设计、施工的不足之处并提出了针对性改进方案,为窄安全钻井液密度窗口等复杂条件下固井设计与施工提供参考借鉴。

基于轨迹优化扩展大位移井窄安全密度窗口

S区块位于俄罗斯萨哈林岛东部海域,计划采用大位移井海气陆采技术进行开发。该区设计井深达12 000 m(垂深为2 800 m),水平位移约11 000 m,水平位移与垂直深度之比达3.93,初步设计四开井身结构。以往直井钻探表明,该区奥科贝凯组(Okobykaiskiy)下部及达吉组(Daginskiy)地层安全钻井液密度窗口窄(约0.3~0.4 g/cm3)、漏、塌、卡风险高,而大位移开发井相应井段窄安全密度窗口问题愈加突出。针对当前对于扩展窄安全密度窗口相关研究的不足、特别是局限于通过钻井液性能优化扩展安全密度窗口的现状,围绕窄安全密度窗口大位移井钻井难题,提出应综合力学、化学多手段全方位扩展窄安全密度窗口:首先,自井眼轨迹设计环节将优化井身剖面、改善井周围岩应力状态、扩展安全密度窗口有机结合起来,开展井眼轨迹主要参数对安全密度窗口的影响规律分析,在此基础上,兼顾井眼轨迹控制难度及施工摩阻等因素优化井眼轨迹,降低坍塌压力、提高地层破裂压力,实现安全密度窗口的先期扩展,为后续通过优化钻井液性能等手段进一步提高安全密度窗口奠定良好基础,并最终为窄安全密度窗口安全、高效钻井创造有利条件。研究形成的扩展密度窗口相关技术在S区块大位移井钻井设计中成功应用,使得目标层段安全密度窗口较轨迹优化前扩展幅度达25%~100%,对窄安全密度窗口难题的应对及防治具有指导意义。

建南地区克服窄安全密度窗口的钻井技术

为解决江汉油田建南地区严重的井漏问题与提高钻井堵漏成功率,特别是深井加重钻井液"窄"安全密度窗口的堵漏成功率及地层承压能力技术水平,提出优化井身结构、利用测漏仪准确测定漏层、在多个漏失层井中采取钻一层堵一层、根据地层裂缝大小来选择合适的堵漏材料、堵漏工艺上采用桥浆+水泥堵漏并适当蹩压、采用高密度随钻堵漏浆钻进压力高而承压能力低的地层、固井前采用非渗透抗压处理剂提高承压等堵漏技术措施,以克服"窄"安全密度窗口的堵漏难题。现场实践证明采用上述措施,堵漏效果较好。

窄安全密度窗口地层控压下尾管技术研究及应用

在窄安全密度窗口地层下套管过程中,套管柱在井眼中运动产生的波动压力极易诱发井下复杂情况。为保障窄安全密度窗口条件下下套管作业的安全,文章建立了偏心环空下套管瞬态波动压力计算模型,并基于井筒压力平衡关系建立了尾管下入与钻杆送入过程中井筒压力预测与控制模型,分析了作业中井底压力瞬态波动的主要影响因素,开展了现场控压下套管案例研究。研究结果表明,套管下入速度、套管偏心度、钻井液流变参数是影响井底压力波动的主要因素。环空瞬态波动压力随着环空流体流变参数(屈服值、稠度系数、流性指数)、套管下入速度的增大而增大,随着偏心度的增加而减小。并在DB-X井开展了现场试验,建立了控压下套管井筒压力控制图版,计算结果显示当尾管送入速度控制在0.16~0.20 m/s时能有效保障井底安全,该数据指导了本井的现场施工,有效防止了下套管过程中井下复杂的发生。文章的研究结果为下套管速度优化、井底压力控制提供了新思路,对降低窄安全密度窗口地层中下套管施工风险和提高固井质量具有重要意义。

莺琼盆地高温高压窄安全密度窗口钻井关键技术

南海莺琼盆地高温高压井安全密度窗口极窄,部分井甚至无窗口,钻进过程中溢流、井漏、喷漏同层等复杂情况频发,多口井被迫提前完钻甚至报废。为解决窄安全密度窗口引起的钻井问题,经过多年的实践与摸索,通过优化套管下深拓宽安全密度窗口、薄弱地层挤水泥提高地层承压能力、使用小尺寸钻具显著降低循环压耗、优选抗高温弹性堵漏材料对诱导裂缝进行堵漏、使用纳米防漏隔离液及锰矿粉高密度水泥浆应对窄安全密度窗口固井漏失与压稳问题,形成一套针对高温高压窄安全密度窗口的钻井技术及配套工艺,详细探讨了各项技术原理及现场应用效果。南海西部莺琼盆地十几口高温高压探井的应用结果表明,该技术有效应对了井底温度高达212℃、地层压力系数超过2.30、窄安全密度窗口仅为0.04等恶劣井况,钻井复杂情况发生率得到显著降低,为类似窄安全密度窗口钻井提供借鉴。

川渝地区窄安全密度窗口天然气深井固井新技术

川渝地区钻探作业中,长裸眼井段、多压力层系并存、安全密度窗口窄、井漏和溢流共存现象较为普遍,因而固井面临漏失低返、顶替效率低下以及固井后环空带压影响固井质量和井完整性等问题。通过应用精细控压固井新技术,准确掌握地层压力和漏失压力、精确计算固井下套管与泵注期间环空动当量密度,量化作业窗口区间值,使井筒静液柱压力与井口动态控压之和全程处于窄窗口区间内,达到压稳防漏之目的。精细控压固井技术在川渝地区已开展20余井次现场应用,施工过程中均未发生井漏和溢流现象,后期无窜气,固井质量合格率高于80%,较常规方法固井质量的优质率与合格率平均值,提高20%~30%。精细控压固井技术解决了技术难题,为川渝地区窄安全密度窗口天然气深井固井提供了新的技术途径。

缅甸D区块窄密度窗口防漏防窜固井技术探讨

缅甸D区块产层以天然气为主,地层情况非常复杂,地层垮塌、缩径、漏失、井涌等井下复杂情况共存,安全密度窗口窄,提高固井质量的措施受到了很大限制,顶替效率很难保证,防漏、防气窜难度大。分析了固井技术的主要难点,提出了相应的固井方案和技术措施,包括采用多种堵漏方法提高地层承压能力、正注反注固井工艺、低黏度和低切力前导钻井液、大量冲洗液或隔离液、多凝梯度密度非渗透水泥浆柱结构、复合流态顶替技术、使用顶部封隔尾管悬挂器等。该套窄密度窗口防漏防窜固井技术在YAGYI-1、PATOLON-2和YAGYI-1X井进行了实践,提高了固井质量,对该区块的固井施工具有一定指导意义。

窄压力窗口井段精细控压压力平衡法固井设计方法与应用

四川盆地复杂深井、超深井钻进受套管层序的限制,同一裸眼井段通常钻遇多个压力系统,纵向地层出现窄安全密度窗口,虽然钻井常采用控压钻井(MPD)技术保证了安全有效钻进,但也给下部小间隙尾管固井带来了巨大的挑战,因而开展既能满足四川盆地小间隙尾管固井质量又能保证窄度安全密度窗口地层固井安全的固井工艺技术研究具有重要的现实意义。为此,在借鉴控压钻井成功应用的基础上,提出了精细控压平衡压力法固井技术:在注水泥设计时将环空流体静液柱压力设计为欠平衡(略低于地层孔隙压力),然后利用精细控压钻井装置MPD在井口节流产生回压或施加井口补偿压力,使注水泥过程通过井口压力和流体在环空的流动摩阻达到平衡孔隙压力,注水泥结束后环空继续施加一定的补偿压力,防止静压不足与水泥浆失重造成候凝期间环空窜流。四川盆地某探井(超深井)应用该技术后,全井段固井水泥胶结合格率为97%,胶结质量优的井段为76%。结论认为,该技术无需增加其他设备,仅借助控压钻井的设备就能实现高顶替效率下的固井施工安全和固井质量提升。

顺北区块辉绿岩安全钻井技术

顺北区块目前完钻井中有13口井钻遇侵入体,从侵入体出现层位有巴楚组、东河塘组、塔塔埃尔塔格组、柯坪塔格组、桑塔木组、鹰山组,分布具有不确定性。侵入体分两种岩性:蚀变凝灰岩、辉绿岩,其中10口井钻遇辉绿岩侵入体,施工过程中存在易垮易漏的风险,容易造成卡钻等井下复杂,施工安全密度窗口窄,严重影响施工进度。

G636区块安全钻井钻井液技术及配套措施

过对XZ油田G636区块地质特点及钻井施工难点进行分析,针对该区块高钻井液密度条件下,易发生上侵下漏、侵漏并存的情况,一方面从提高钻井液封堵造壁能力入手,通过室内筛选实验,优选出材料和粒径匹配合理的随钻封堵剂。并通过实验确定了最佳加量,形成了适合该区块的窄安全密度窗口钻井液技术;另一方面,通过现场应用随钻划眼技术等配套措施,保障井眼畅通及井下清洁,降低环空压耗,进一步降低井漏风险。G636区块安全钻井钻井液技术及配套措施的应用,保障了该区块的安全钻井,区块钻井30口,未发生井控事故,发生井漏2口井。

磨溪—龙女寺区块高效钻井实践与启示

川中地区磨溪—龙女寺区块是地质特征复杂的古老深层碳酸盐岩气藏,地质构造复杂、纵向上多压力系统,深部地层可钻性差、研磨性强。钻井过程中,常常面临井壁易失稳、安全密度窗口窄、固井质量差、机械钻速低等技术挑战,导致作业风险大、周期长、成本高。针对上述问题,文章结合长期钻井实践、钻井工程技术难点,基于地质工程一体化的基础上,优化了井身结构,开展了复杂地层堵漏与精细控压钻井技术的研究,完善了全过程固井工艺,形成了分开次、分地层的钻井提速提效模板。通过该模板的应用,将被动钻遇复杂、解决复杂变为主动预防和控制复杂,同时应用多工艺协同强化模板,有效降低了井下复杂、提高机械钻速,显著缩短钻井周期。该技术的推广应用有利于在大型油气田钻井中化被动处理复杂为主动预防、化解井下复杂,尤其是深井超深井钻井工程中,更有使用价值。

精细控压钻井技术在土库曼斯坦阿姆河右岸的应用与认识

土库曼斯坦阿姆河右岸卡洛夫-牛津阶储层,孔洞、裂缝发育,密度窗口窄,钻井过程中漏喷频发,处理复杂时间长,井控风险高,甚至被迫提前完钻,严重影响该区块的天然气勘探开发速度。本文针对该区块进行了精细控压钻井可行性分析,分析认为卡洛夫-牛津阶储层适宜采用精细控压钻井技术解决上述难题,后期在该区块试验应用精细控压钻井技术2口井,形成了针对该区块的精细控压钻井配套方案,同比平均降低钻井液漏失量98.8%,目的层钻进时间缩短60%以上,基本实现了“一趟钻、零复杂”钻达设计井深。实践证明,精细控压钻井技术是解决深井超深井溢漏复杂地层安全、快速钻井的有效手段。

海上超高温高压钻井井筒温度压力场耦合研究

为研究海上超高温高压钻井井筒温度压力的变化规律,基于流体力学和传热学理论,考虑超高温高压井筒环境对钻井液密度以及钻井液流变参数的影响,建立海上超高温高压钻井井筒温度压力耦合预测模型,并利用实例井现场随钻数据进行模型验证,分析正常钻进期间井筒温度压力的变化规律。研究结果表明:对井筒温度而言,钻井液流变性变化的影响大于钻井液密度变化的影响,耦合计算温度结果要大于不耦合计算的温度值,且两者之间的温差随井深的增加越来越大;对井筒压力而言,钻井液密度变化对当量循环密度ECD(equivalent criculating density)的影响要大于流变性对ECD的影响,且耦合计算的ECD要小于不耦合计算的ECD值。该耦合模型可以提高井筒温度压力的预测与控制精度,并降低超高温高压地层窄密度窗口中的安全钻进风险,研究结果对超高温高压钻井精准的井筒温度压力预测及控制具有重要意义。

蓬莱气区超深井钻井提速技术

近年来,随着我国油气资源的勘探开发向深层、超深层迈进,深井、超深井数量快速增长,但超深井钻井过程中仍面临诸多难题,亟需开展超深井复杂地层钻井技术研究。以四川盆地中部蓬莱气区为例,储层埋藏超深,地质条件复杂,纵向产层多,压力系统复杂,断层、膏盐、高压盐水发育,必封点多,井控风险高;蓬莱气区超深井钻井在钻井过程中遇到机械钻速低、故障复杂时效高、钻井周期长等问题。为此,对蓬莱气区开展钻井提速技术研究。通过对已钻井实钻数据进行分析,总结提出3个制约钻井提速的瓶颈问题,并重点介绍了针对问题形成的技术对策与初步实施效果。研究结果表明:①通过缩短大尺寸井段长度,钻井速度得到有效提高;②通过将高低压层段放入两个钻井开次,故障复杂发生率得到有效控制;③通过优选堵漏材料、扩展安全密度窗口的高效承压堵漏技术,能够解决窄安全密度窗口井段喷漏同存难题;④通过在难钻地层采用“个性化PDC钻头+螺杆”复合钻井技术、应用扭力冲击器、大尺寸钻具,难钻地层提速效果明显。结论认为,上述技术对策有效解决钻井提速难题,为蓬莱气区超深井安全快速钻井提供了有力的技术支撑,也为其他区块超深井钻井提供了技术参考。

深水高温高压井钻井液技术

LS25-1S-1深水高温高压井实钻井深为4 448 m,完钻层位为梅山组,采用六开井身结构,φ212.7 mm井段为目的层段,压力系数预测为1.70~1.84,安全密度窗口窄,需重点关注井控、防漏和水合物生成的预防;同时由于井底温度约为147℃,而出口温度只有17℃,保持钻井液在高密度下的高、低温稳定性、防重晶石沉降、良好流变性和储层保护是该井段技术重点。以LS区块气源为研究对象,通过利用水合物抑制软件Hydra FLASH绘制不同抑制剂浓度下水合物P-T相图,优选出钻进及静止期间水合物抑制配方:(9%~15%)Na Cl+5%KCl+10%KCOOH+(0~45%)乙二醇。选用了抗高温降滤失剂HTFL,其加量为0.8%时体系高温高压滤失量小于10 m L,泥饼质量好。研发了一种新型的封堵剂PFFPA,PF-FPA较FLC2000具有更好的封堵降滤失效果。性能评价结果表明,该体系抗温达170℃,高低温流变性平稳,能抗10%的钙土污染,而且沉降稳定性好,封堵能力强,渗透率恢复值在80%以上,储层保护效果好。在现场应用中,通过Drill Bench软件模拟,将排量降至1 400 L/min,此时ECD为1.94 g/cm3,小于漏失压力当量密度(1.96 g/cm3),ROP为10 m/h,岩屑传输效率仍在85%以上,满足携岩要求。该井顺利完钻,表明该套钻井液技术解决了现场作业难题。

多梯度钻井动态控制参数优化设计

为了确定多梯度动态钻井过程中的关键控制参数,优化钻井效率,建立多梯度钻井动态参数优化模型。以每次调整控制参数后的最大钻进深度和同一井身结构条件下的最大钻进深度为优化目标,以旋流分离器位置和钻井液密度为优化参数,以钻井液循环当量密度与安全密度窗口之间的约束关系以及钻头预期寿命为约束条件,并利用粒子群优化算法对该优化模型进行求解。结果表明:每次调整控制参数后都存在同一组最优的旋流分离器位置和钻井液密度值使单趟钻进深度最大;随着调整次数的增加,旋流分离器距钻头的最优距离和钻井液的最优密度均逐渐增大,但单趟最大钻进深度逐渐减小;旋流分离器和钻头预期寿命的设计应协调,避免起下钻浪费。

控压钻井系统工程研究

控压钻井技术是目前世界上最为先进的钻井技术之一,能够对井底压力进行实时精确的控制,理论研究与实践应用表明,它可以有效解决国内外普遍遇到的窄密度窗口安全钻井问题。为了更好地掌握这项技术,对于控压钻井技术,应当从宏观角度将其看作一个较为复杂的系统工程进行研究,既要保证系统内任一组成部分能够正常运作,又要提高系统各部分之间的协调运作性,从而发挥最大效率,以达到精确控制井底压力,解决井下复杂钻井问题的目的,进一步研究了控压钻井系统工程(MPDSE)的概念以及控压钻井系统的研究步骤,并对控压钻井系统的基本框架进行了进一步的调整设计,指明了控压钻井技术今后的研究方向与内容,为今后控压钻井技术的研究与应用提供了借鉴。

FLAT-PRO合成基钻井液在南海东部超深水井的应用

随着石油勘探开发的不断深入,南海东部作业了荔湾22-1-1超深水井,该井作业水深达2619.35m,实测海底温度为1.9℃。由于水深的增加,相比常规深水井,钻井液作业面临海底温度低、作业窗口窄、隔水管段井眼清洁差、易井漏等作业风险。恒流变合成基钻井液是深水、超深水井常用的钻井液体系,FLAT-PRO合成基钻井液体系的黏度、切力受温度和压力的影响小,特别是动切力、静切力和低剪切速率黏度等参数在4~65.5℃下变化平稳,满足超深水作业的要求。本井在17-1/2"、12-1/4"井段使用了FLAT-PRO合成基钻井液体系,现场作业中体系恒流变性能稳定、携岩能力强、井眼清洁效果好、ECD值较低,起下钻及电测顺利,满足了窄安全密度窗口作业的要求。